世界铝电解技术的发展趋势(R).ppt

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1、世界铝电解技术发展的趋势世界铝电解技术发展的趋势挖潜降本挖潜降本 谋求生存谋求生存节能减排节能减排 稳定发展稳定发展中中 铝铝 国国 际际 贵贵 阳阳 铝铝 镁镁 设设 计计 研研 究究 院院姚姚 世世 焕焕内容内容国外近期新建铝厂概况国外近期新建铝厂概况铝电解技术先进性的标志铝电解技术先进性的标志世界具有代表性的三种铝电解技术世界具有代表性的三种铝电解技术（迪拜（迪拜DX-370，海德鲁，海德鲁HAL275和和HAL-4e（400KA），）， 力拓力拓-加铝加铝AP3X（390KA）和）和AP50（500KA）我国铝电解槽的节能我国铝电解槽的节能降低成本与低极距、低电压、高电流密度降低成本与

2、低极距、低电压、高电流密度和高电流效率问题的讨论和高电流效率问题的讨论近期国外新建电解铝厂近期国外新建电解铝厂海湾地区正在新建一批大型铝电解厂，海湾地区正在新建一批大型铝电解厂，世界三大技术公司在海湾展开技术较量世界三大技术公司在海湾展开技术较量2020原铝需求将达到原铝需求将达到7000万吨万吨图中显示，再生铝的增长速度高于原铝。1980年再生铝的产量仅为500万吨，而到了2007年就达到1800万吨，几乎增长了400%；而同期原铝的增长从1500万吨到3800万吨，只增长了250%，未来再生铝的市场将会以更快的速度增加。为什么再生铝的需求兴旺为什么再生铝的需求兴旺从原铝生产使用能量数量的额

3、度来看也是惊人的，从原铝生产使用能量数量的额度来看也是惊人的，从煤炭开采从煤炭开采发电发电输电输电铝土矿开采铝土矿开采氧化铝生氧化铝生产产阳极制造阳极制造电解铝生产直到铝加工材为止，所电解铝生产直到铝加工材为止，所需要的能源大约是需要的能源大约是60.5kwh/kg(相当于相当于60500kwh/t) ，而铝的再生只需要，而铝的再生只需要2.8 kwh/kg(相当于相当于2800kwh/t)，也就是比原铝制造所，也就是比原铝制造所用能源节省了约用能源节省了约95%，因此，废铝回收或再生就越，因此，废铝回收或再生就越来越被用户所垂青。来越被用户所垂青。 海湾地区已投海湾地区已投产和在建新和在建新

4、铝厂厂（海湾铝工业会议公布）（海湾铝工业会议公布）铝厂名称厂名称合合资方方产能（万吨）能（万吨）工程工程进度度Sohar AL（阿曼）（阿曼） 力拓力拓- -加加铝20%20%，阿曼石油，阿曼石油公司公司40%40%，阿布扎比，阿布扎比电力和力和水水资源局源局40%40%。35万吨万吨/年年2008年已年已经投投产Emal(沙特阿拉沙特阿拉伯伯经济开放区开放区)迪拜迪拜铝业公司和公司和Mubadala开开发公司公司70万吨万吨/年年(一一期工程期工程)2010年投年投产Qatalum(卡塔卡塔尔尔)海德海德鲁与卡塔与卡塔尔尔石油公司石油公司:各各持股持股50%58.5万吨万吨/年年2009-2

5、010年投年投产Maaden（Ras Az Zawr,沙特阿沙特阿拉伯）拉伯）沙特阿拉伯沙特阿拉伯矿产公司公司51%，力拓力拓-加加铝49%75万吨万吨/年年（包括氧化（包括氧化铝）正在建正在建设，预计2011年投年投产铝厂，厂，2012投投产氧化氧化铝 海湾地区即将投海湾地区即将投产和和扩建、新建建、新建项目（海湾目（海湾铝工工业会会议公布）公布）铝厂名称厂名称合合资方方产能（万能（万吨）吨）工程工程进度度Emal(沙特阿沙特阿拉伯拉伯经济开开放区放区)迪拜迪拜铝业公司和公司和Mubadala开开发公司公司70万吨万吨/年年（2期工程）期工程）正在建正在建设Emal(沙特阿沙特阿拉伯拉伯经济

6、开开放区放区)迪拜迪拜铝业公司和公司和Mubadala开开发公司公司140万吨万吨/年年(2期工期工程中程中)2008年年1月月签署理解署理解备忘忘录。预计2010年开工。年开工。Jazan（沙特（沙特阿拉伯）阿拉伯）中中铝（Chalco）和）和马来来西西亚Saudi Binladin Group（SBG）72万吨万吨/年年2007年年11月月签署理署理解解备忘忘录。预计2011-2012年投年投产。印度、俄印度、俄罗斯、冰斯、冰岛和和马来西来西亚在建和在建和拟建建铝厂的厂的项目目铝厂厂国家国家/地区地区公司公司新新/扩建建t/y合合计t/y投投产期期Jharsuguda-1Jharsugud

7、a-2AdityaMahan齐力力铝业SalcoBoguchankskIrkutskIsalHelguvikKitinat印度印度/ Orissa印度印度/ Orissa印度印度印度印度马来西来西亚/ Sarawak马来西来西亚俄俄罗斯斯俄俄罗斯斯冰冰岛冰冰岛加拿大加拿大VedantaVedantaHindalcoHindalcoPress Metal BerhadCahay Mata Sarawak BerhadUC RusalUC Rusal力拓力拓-加加铝美国世美国世纪铝业公司公司力拓力拓-加加铝550,0001,250,000260,000360,000115,000550,00060

8、0,000750,000扩建建280,000150,000扩建建150,000550,0001,250,000260,000360,000115,000550,000600,000750,000460,000150,000400,000Q2,20092010-2011Q2,2011Q2,2011Q3,2009Q4,2010Q2,2009 Q2,2009Q2,2010Q4,2010Q2,2010合合计5,015,0005,445,000阿曼阿曼SoharSohar变电整流设计变电整流设计股权股权:SAC 40% by COC.40% by ADWEA,20% by Alcan.:SAC 40%

9、by COC.40% by ADWEA,20% by Alcan.原设计规模原设计规模:325,000:325,000吨吨( (可研可研),),安装安装360360台台AP-35AP-35电解槽电解槽, ,实际产能实际产能360,000360,000吨。吨。1400MW,51400MW,5个燃气发电厂个燃气发电厂力拓力拓- -加铝技术：加铝技术：AP-37AP-37投资投资:24:24亿美圆亿美圆, ,BechterBechter EPCM EPCM 总承包总承包 2222美圆。美圆。ABBABB供应供应5 51650V/103KA, 3001650V/103KA, 300吨吨/ /组组, 2

10、20V., 220V.20072007年年,12,12月月2020日发电日发电,2008,2008年年,5,5月月2626日出铝日出铝,11,11月月1212日日全部投产完毕全部投产完毕. .卡塔尔卡塔尔 QatalumQatalum 变电整流设计变电整流设计公司公司: :QatalumQatalum AluminiumAluminium Co,LLC.QatarCo,LLC.Qatar电解电解2 2个系列个系列, ,共共704704台电解槽台电解槽, ,每个系列每个系列352 352 台台. .计划计划20092009年底投产年底投产. .设计规模设计规模:585,000:585,000吨吨

11、. .ABBABB设计设计: :电解槽电流按电解槽电流按340KA340KA设计设计, ,直流电压按直流电压按1750V1750V设计设计, ,但是但是ABBABB实际制造按直流实际制造按直流2000V.2000V.每台每台400400吨重吨重. .220V,220V,电缆。电缆。, ,10 10 组整流机组组整流机组 85KA,1750V,85KA,1750V,10 of 65 10 of 65 MvarMvar 33KV PFC 33KV PFC babksbabks, ,DC DC 测量测量 400KA ABB400KA ABB10 10 组组 162 MVA 162 MVA 整流变压器

12、整流变压器铝电解技术先进性的标志铝电解技术先进性的标志电解槽大型化：目前评价的基本标准：电解槽大型化：目前评价的基本标准： 电流强度在电流强度在300KA以上，有代表性是以上，有代表性是350KA， 400KA和和500KA.1. 目前世界上最先进的目前世界上最先进的 是力拓加铝是力拓加铝-Pechiney AP3X系列，系列，在全世界有在全世界有450万吨产能采用万吨产能采用AP-350,AP360,AP370和即和即将上市的将上市的AP-400KA和和AP500KA.2. 挪威海德鲁公司：挪威海德鲁公司：HAL-300KA和和HAL-420KA，前者在中，前者在中东卡塔尔铝厂新建东卡塔尔铝

13、厂新建585,000吨吨.3. 迪拜铝业迪拜铝业:DX370KA,在中东新建一个在中东新建一个700,000吨铝厂，最终吨铝厂，最终规模规模1400,000吨吨高电流密度高电流密度 0.95A/cm2,正向着正向着1A/cm2 发展。我国普遍发展。我国普遍0.73-0.75 A/cm2，有的铝厂正向着，有的铝厂正向着0.83A/cm2 发展。发展。高电流效率：高电流效率：95-96%，我国，我国90-92%达到达到94%的少有。的少有。国外先进直流电耗国外先进直流电耗12800-13000kwh/t,我国新型槽我国新型槽12500kwh/t或小于或小于12500kwh/t. 世界具有代表性的三

14、种铝电解技术世界具有代表性的三种铝电解技术 后期之秀的迪拜铝业后期之秀的迪拜铝业-DX-370KA 紧跟世界潮流的海德鲁紧跟世界潮流的海德鲁HAL-4e 不甘落后的彼施涅不甘落后的彼施涅AP390和和AP50 世界最大的百万吨级世界最大的百万吨级-迪拜铝厂迪拜铝厂迪拜铝厂概况迪拜铝厂概况(2009年资料年资料)2008年全年产量年全年产量:945,000吨吨2007年全厂共有年全厂共有1552台预焙电解槽台预焙电解槽+5台台280KA试验槽试验槽2007年各系列年各系列: 第第1到第到第4系列：系列：D18槽型，槽型， 192.84KA，电流效率，电流效率94.94% 第第5到第到第6系列：系

15、列：CD20槽型，槽型，232.21KA，电流效率，电流效率96.08% 第第7和第和第9系列：系列：D20槽型，槽型， 232.57KA，电流效率，电流效率94.47% 第第8系列：系列：XD(350KA)槽型，槽型，350.05KA，电流效率，电流效率96.00%2007年阳极焙烧产量：年阳极焙烧产量： 第第1和第和第2焙烧炉：焙烧炉： 166600块阳极块阳极/年年 第第3和第和第4焙烧炉：焙烧炉： 219000块阳极块阳极/年年 合计合计 385600块阳极块阳极/年年全厂全厂52台套整流变电机组经过多年改造与更新。台套整流变电机组经过多年改造与更新。CD20和和D20的改进的改进19

16、91年有年有5台台CD20试验槽，实际电流试验槽，实际电流200KA；1996年工厂进行第年工厂进行第2次扩建：第次扩建：第5系列和第系列和第6系列：系列： 第第5系列：系列：240台台 CD20，电流，电流225KA, Da=0.92A/cm2 第第6系列：系列：240台台 CD20，电按，电按230KA, Da=0.94A/cm22003年和年和2005-2006之间工厂进行第之间工厂进行第4次和第次和第5次扩建，采次扩建，采用用CD20的衍生品的衍生品D20新型电解槽：新型电解槽： 第第7系列：系列：212台台 D20，2006年增加到年增加到248台台 第第9系列：系列：120台台 D

17、20。2006年增加到年增加到248台。台。2008年；年；CD20的电流强化到的电流强化到233KA，Da=0.95A/cm2 D20的电流强化到的电流强化到246KA, Da=0.99A/cm22007年安装年安装32台超设计的台超设计的D20槽槽,限制的强化电流为限制的强化电流为250KA,但是目前的电流效率为但是目前的电流效率为96%,另人费解的是另人费解的是Da=0.99A/cm2电流密度，极距是多少？电流密度，极距是多少？第第3和第和第4系列合并，更新整流变电设备系列合并，更新整流变电设备D20和和CD20的特点的特点1个个AlF3料箱料箱2个氧化铝料箱个氧化铝料箱4个点式下料器个

18、点式下料器1个出铝打击头个出铝打击头阳极加长：阳极加长：1515-1535mm，钢爪直径，钢爪直径=170mm，使用带，使用带槽阳极。槽阳极。侧部采用侧部采用SiC砖，见图。砖，见图。阴极石墨化，加长阴极石墨化，加长40mm，见图。，见图。槽壳钢板厚度增加，并增加一根工字梁。槽壳钢板厚度增加，并增加一根工字梁。槽壳增加散热板。槽壳增加散热板。采用自己开放的采用自己开放的DCCU控制器和软件。控制器和软件。氧化铝控制浓度氧化铝控制浓度1.5-3.5%提高电流效率的措施：提高电流效率的措施：（1）稳定供电电流是最重要的；）稳定供电电流是最重要的；（2）采用高过剩量的）采用高过剩量的AlF3，严格控

19、制稳定的氟化铝浓度，严格控制稳定的氟化铝浓度和过热度是提高电流效率的第二大因素；和过热度是提高电流效率的第二大因素；（3）控制氧化铝的浓度是关键）控制氧化铝的浓度是关键 (4) (4) 降低极距会显著的改进了能量效率或槽电压降低极距会显著的改进了能量效率或槽电压虽然，高电流密度可以取得很高的电流效率，但是在低虽然，高电流密度可以取得很高的电流效率，但是在低分子比和较低极距的条件下运行，条件十分苛刻。因此分子比和较低极距的条件下运行，条件十分苛刻。因此当保持不恰当的操作情况时会使噪声增加。当保持不恰当的操作情况时会使噪声增加。 (5) 阴极电流密度对电流效率的影响阴极电流密度对电流效率的影响:在

20、给定设计的电在给定设计的电解槽上，铝的二次反应是一个常数，因此，在电解槽电解槽上，铝的二次反应是一个常数，因此，在电解槽电解质温度、电解质成分和槽帮基本不变的条件下，阴极解质温度、电解质成分和槽帮基本不变的条件下，阴极电流密度越高，电流效率必然也随之提高。在阴极，钠电流密度越高，电流效率必然也随之提高。在阴极，钠和铝是按照下列反应式协同在阴极上沉积的。和铝是按照下列反应式协同在阴极上沉积的。Al+3NaF（在冰晶石中的（在冰晶石中的NaF） AlF3（在冰晶石中）（在冰晶石中）+3Na（在铝中）（在铝中）钠平衡的浓度是随着电解质操作温度的降低和钠平衡的浓度是随着电解质操作温度的降低和AlF3过

21、剩量的增过剩量的增加而降低的。所以在高阴极电流密度和更低的分子比条件下，加而降低的。所以在高阴极电流密度和更低的分子比条件下，Na在铝中含量减少了，当然由于生成的铝多了，所以电流效率在铝中含量减少了，当然由于生成的铝多了，所以电流效率就提高了。见下表。就提高了。见下表。CD-20电解槽铝中的钠为电解槽铝中的钠为94ppm，D20为为81ppm，所以为什么，所以为什么D-20的电流效率是的电流效率是96%！显然是因为！显然是因为D20不仅阳极电流密度比不仅阳极电流密度比CD-20高，而且阴极电流密度也与高，而且阴极电流密度也与CD-20接近。接近。但是有相反的情况出现，见下述和但是有相反的情况出

22、现，见下述和Hydro的经验。的经验。阴极阴极设计阳极阳极电流密度流密度A/cm2阴极阴极电流密度流密度A/cm2Al中含中含NaCD-200.950.9394ppmD-201.000.9181ppm电流效率与电流效率与Na关系关系迪拜的解释：迪拜的解释：从理论上分析阴极电流密度越高，电流效率越高，从理论上分析阴极电流密度越高，电流效率越高，而铝中的含而铝中的含Na减少。但是有些铝厂由于磁场补偿减少。但是有些铝厂由于磁场补偿较好，降低了铝液的流速，此时，浓度的极化作较好，降低了铝液的流速，此时，浓度的极化作用使用使Na析出较多，铝液中析出较多，铝液中Na含量较高，获得较高含量较高，获得较高的电

23、流效率。的电流效率。但是迪拜的实践是铝液中的但是迪拜的实践是铝液中的Na浓度越低电流效率浓度越低电流效率越高，恰恰与那种磁场补偿好的电解槽得到相反越高，恰恰与那种磁场补偿好的电解槽得到相反的结论。迪拜认为他们的铝液流速没有降低，而的结论。迪拜认为他们的铝液流速没有降低，而是在较高流速的情况下没有损害电解槽的指标，是在较高流速的情况下没有损害电解槽的指标，所以，迪拜认为：这与严格控制电解质化学成分所以，迪拜认为：这与严格控制电解质化学成分有关。有关。2010年年TMS会议宣布会议宣布D20槽电流为槽电流为260KA2010年年TMS会议上，该公司公布的会议上，该公司公布的D20电解槽实际数据电解

24、槽实际数据:电流为电流为260KA(自称为超强化电解槽自称为超强化电解槽,因为原来因为原来250KA时时,阳阳极电流密度已经达到极电流密度已经达到0.99A/cm2,现在是多少现在是多少?平均电流效率为平均电流效率为95.5%. D20电解槽技术已经在伊朗的电解槽技术已经在伊朗的Babdar Abbas-HORMOZAL工程中应用，预计工程中应用，预计2009年年10月投产。月投产。基于基于D20的成功经验，该公司将其长期积累的经验和开发的成功经验，该公司将其长期积累的经验和开发的数学模型，在的数学模型，在2005年第年第4季度投产了季度投产了5台台DX型电解槽，当时型电解槽，当时运行的电流为

25、运行的电流为340KA5 5台台DXDX型电解槽型电解槽 整个母线设计的电流密度比整个母线设计的电流密度比D20电解槽约降低电解槽约降低20%,立母线的截面很大；立母线的截面很大；5台试验槽采用台试验槽采用4根立母线，根立母线，30个带有个带有4个蜘蛛状钢爪的单阳极，而全厂个蜘蛛状钢爪的单阳极，而全厂D18、D20、CD20使用的是直线型使用的是直线型3钢爪单阳极；钢爪单阳极；5台试验槽在试验阶段阳极长度进行了台试验槽在试验阶段阳极长度进行了3次更改，试验开始采用次更改，试验开始采用1500mm，电流为，电流为327.4KA，第，第2次改为次改为1560mm，电流上升到，电流上升到333.5K

26、A，第，第3次采次采用用1580mm长阳极长阳极,电流上升到电流上升到340KA，改变的原因除了力争高电流之外，改变的原因除了力争高电流之外，主要是因为大面宽容易塌壳，所以不断加长阳极，详细过程见表主要是因为大面宽容易塌壳，所以不断加长阳极，详细过程见表在在40台工业生产槽分两栋厂房配置。阳极由台工业生产槽分两栋厂房配置。阳极由30个改为个改为36个单阳极，由蜘个单阳极，由蜘蛛状蛛状4钢爪改为直线型钢爪改为直线型3钢爪，因为蜘蛛状钢爪难以清理，如清理残极表面钢爪，因为蜘蛛状钢爪难以清理，如清理残极表面的电解质时，难度较大，另外便于阳极组装车间统一处理一种规格的阳极的电解质时，难度较大，另外便于

27、阳极组装车间统一处理一种规格的阳极组件组件采用石墨化阴极炭块和采用石墨化阴极炭块和SiC侧块；侧块；单个下料器由工厂常用规格单个下料器由工厂常用规格1.9kg改为改为1.3kg。5 5台台DXDX试验槽阳极尺寸变化与指标试验槽阳极尺寸变化与指标第第1阶段段第第2阶段段第第3阶段段1月月28日日20052月月24日日20052月月25日日20062月月09日日200702月月10日日00710月月19日日2007电流流强强度度KA327.4333.2340.0阳极阳极长度度mm150015601580AlF3过剩量剩量%9.510.510.8电流效率流效率%95.795.596.7直流直流电耗耗

28、kwh/吨吨138401362013270槽槽电压4.454.364.3DubalDubal 第第 8 8 系列系列 DX - 370 KA DX - 370 KA 电解槽电解槽 5试验槽采用试验槽采用30个个810宽的阳宽的阳极，阳极长度极，阳极长度1580mm第第8系列系列40台工业槽改为台工业槽改为36个小阳极个小阳极，报导阳极总面积报导阳极总面积与原有与原有30个阳极相同，每侧个阳极相同，每侧18个阳极，测算宽度为个阳极，测算宽度为675mm，电流强度，电流强度370KA时，阳极电流密度为时，阳极电流密度为0.96A/cm2 。该设计用于建设阿布扎比该设计用于建设阿布扎比170万吨（万

29、吨（Emal）电解铝厂）电解铝厂 DX - 370 DX - 370 电解槽系列指标电解槽系列指标(40(40台台) )性能指性能指标3个个阶段段 阳极阳极电流密度达到流密度达到0.94A/cm2, V=4.15V06/200809/200810/200802/200903/200905/2009电流流强强度度 KA352.8360.3364.5生生产量量 kg/day273027762807电流效率流效率 %96.195.795.6直流直流电耗耗 kwh/t Al130401295012920电解槽槽解槽槽电压 V4.204.164.15金属金属纯度度 Al%99.9199.9399.93阳

30、极效阳极效应系数系数 次次/槽槽/天天0.0370.0200.017总F排放量排放量 kwh/t Al 0.340.360.22340KA时槽电压为时槽电压为4.3V,而电流升到而电流升到370KA时时,虽然阳极面积增虽然阳极面积增加了加了2%,但槽电压降低到但槽电压降低到4.15V，说明，说明ACD大幅度降低。大幅度降低。阿布扎比（阿布扎比（Emal）电解厂房）电解厂房 Emal电解厂房鸟瞰电解厂房鸟瞰阿布扎比（阿布扎比（EmalEmal）工程）工程(1(1期期7070万吨万吨) )海德鲁铝业公司海德鲁铝业公司300300和和400KA400KA电解槽电解槽和对电解技术的新认识和对电解技术的

31、新认识海德鲁的海德鲁的 HAL250/275(300KA)电解槽技术电解槽技术HAL-250/275电解槽原解槽原设计指指标系列系列电流流槽槽电压直流直流电耗耗电流效率流效率阳极阳极净耗耗阳极毛耗阳极毛耗氟排放量氟排放量效效应系数系数电流密度流密度275KA4.14V13kwh/kg95.0%405kg/t520kg/t0.15kg/t 0.070.87A/cm2 电流密度流密度为阳极阳极电流密度。氟的排放量流密度。氟的排放量为从从电解槽排到解槽排到电解厂房的量。解厂房的量。HAL-250/275电解槽已经在挪威的电解槽已经在挪威的Ardal、Sunndal和卡塔尔和卡塔尔Qatalum三三个

32、铝厂安装使用，个铝厂安装使用，最先在最先在Sunndal铝厂使用的铝厂使用的HAL-250KA电解槽，由于技术的不断改进，电解槽，由于技术的不断改进，电流已经从电流已经从252KA上升到上升到275KA，即在不增加任何投资的情况下，产量提，即在不增加任何投资的情况下，产量提高了高了10%。最近由于技术的提高，最近由于技术的提高，Sunndal铝厂的实际电流已经达到铝厂的实际电流已经达到303KA，在强化，在强化区实际电流达到区实际电流达到313KA已经超过半年。已经超过半年。在在Qatalum安装的安装的704台台HAL-250/275电解槽，按设计产能电解槽，按设计产能585,000吨吨/年

33、年计算其设计电流是计算其设计电流是300KA。高电流强度和高电流密度电解高电流强度和高电流密度电解槽的设计与生产注意槽的设计与生产注意4个方面：个方面：MHD稳定性、阴极电流分布、稳定性、阴极电流分布、侧部槽帮的形状和过热度与氧化侧部槽帮的形状和过热度与氧化铝浓度的控制。铝浓度的控制。高电流强度的电解槽，磁场影高电流强度的电解槽，磁场影响相当重要，主要是磁场的垂直响相当重要，主要是磁场的垂直分量。设计中特别是相临列电解分量。设计中特别是相临列电解槽之间垂直磁场的相互影响，因槽之间垂直磁场的相互影响，因为电解槽排烟设计的惯例，两列为电解槽排烟设计的惯例，两列电解槽的烟道端均在两栋电解厂电解槽的烟

34、道端均在两栋电解厂房的短侧，因此，两列电解槽的房的短侧，因此，两列电解槽的槽中心距离越大越有利，需要通槽中心距离越大越有利，需要通过计算和经济比较予以确定。过计算和经济比较予以确定。对于一个对于一个500KA的电解槽而言，的电解槽而言，没有补偿的垂直磁场值，最大值没有补偿的垂直磁场值，最大值约为约为70Gs，4个象限的平均值可个象限的平均值可达达35Gs，经过补偿，分别可以，经过补偿，分别可以降到降到15-20和和4-5Gs。 海德鲁海德鲁HAL250/275槽壳内部长度为槽壳内部长度为12010mm HAL250/275槽壳内部宽度为槽壳内部宽度为4080mm 列间距离只有列间距离只有30米

35、的母线配置米的母线配置 230KA230KA槽壳不变槽壳不变250KA250KA275KA275KA313KA313KA（Sunndal）HAL250/275电解槽技术是在电解槽技术是在HAL-220、HAL-230（委内瑞拉）（委内瑞拉）和斯洛伐克和斯洛伐克HAL230/250的基础上衍生的。的基础上衍生的。1995年在斯洛伐克建设了年在斯洛伐克建设了172台台HAL-230，扩建中于，扩建中于2001年新年新增增54台台HAL-250电解槽。电解槽。30个单阳极，阳极尺寸由个单阳极，阳极尺寸由HAL-230的的1410700mm改为改为1510710mm，实际电流达到，实际电流达到258K

36、A ，电，电流密度流密度0.80A/cm2，3爪变爪变4爪。采用石墨化阴极和爪。采用石墨化阴极和SiC侧块，侧块，槽壳尺寸和槽壳尺寸和HAL-230一样，并减轻了一样，并减轻了5吨。电流效率吨。电流效率94%，槽电，槽电压压4.13V，直流电耗，直流电耗13200kwh/t，效应系数，效应系数0.05，阴极压降，阴极压降280-290mV（石墨化阴极）。（石墨化阴极）。HAL-250又继续强化到又继续强化到275KA，后来又强化到，后来又强化到300KA为为320KA奠定了基础。这也是一个很有意思的发展，即奠定了基础。这也是一个很有意思的发展，即30个个700-710mm宽阳极的模式一直可以从

37、宽阳极的模式一直可以从230KA发展到发展到300KA。一个基本槽型在阴极槽壳基本不变的情况下，阳极长度从一个基本槽型在阴极槽壳基本不变的情况下，阳极长度从1410mm加长到加长到1550mm，阳极电流密度提高了不到，阳极电流密度提高了不到10%，电，电流就提高了流就提高了37-39%，使企业增加了产能和降低成本，难道这不，使企业增加了产能和降低成本，难道这不是一种非常经济的发展途径吗？是一种非常经济的发展途径吗？海德鲁的称HAL250/275电解技术为“峡谷技术”海德鲁的海德鲁的 HAL250/275电解槽技术被成为电解槽技术被成为“峡谷技术峡谷技术”，因为铝电解，因为铝电解系列是建设在挪威

38、西部的峡谷地区，而该地区对环保要求十分苛刻。系列是建设在挪威西部的峡谷地区，而该地区对环保要求十分苛刻。 它是世界上最环保和友好的槽型，从它是世界上最环保和友好的槽型，从HAL250/275电解槽排放的污染电解槽排放的污染物与世界上使用的任何铝电解技术比较，可能是最低的。物与世界上使用的任何铝电解技术比较，可能是最低的。采用自主开发的双抽气系统。该系统即便是在电解槽打开槽罩和更换采用自主开发的双抽气系统。该系统即便是在电解槽打开槽罩和更换阳极的条件下均能使排放物达到最小值。抽气系统分为两个分支系统，阳极的条件下均能使排放物达到最小值。抽气系统分为两个分支系统，每个抽气系统管理每个抽气系统管理1

39、2台电解槽。第一个抽气分支系统，即正常抽气系台电解槽。第一个抽气分支系统，即正常抽气系统，它属于基本抽烟系统，它包括非人工操作条件下，统，它属于基本抽烟系统，它包括非人工操作条件下，12台槽子中有台槽子中有一台电解槽打开槽罩的最大抽气量，设计的抽气量是一台电解槽打开槽罩的最大抽气量，设计的抽气量是5000Nm3/h，同，同时，保持的压力差时，保持的压力差 0.5毫米水拄；而第二个抽气分支系统，是按照毫米水拄；而第二个抽气分支系统，是按照12台电解槽中有台电解槽中有1台槽打开台槽打开3个槽罩的条件下设计的，它的烟管的抽气率个槽罩的条件下设计的，它的烟管的抽气率到到15000 Nm3/h，压力差，

40、压力差 0.5毫米水拄。毫米水拄。 双抽气系统在最佳的能量利用的条件下，集气效率可以达到双抽气系统在最佳的能量利用的条件下，集气效率可以达到99.5%。硫从废气中除掉，氟则再循环利用。硫从废气中除掉，氟则再循环利用。 海德鲁的海德鲁的400KA槽槽海德鲁有关高电流密度和极距认识海德鲁有关高电流密度和极距认识Hydro在在2008年年TMS会议上报告会议上报告:历史的经验和对电解过程的新认识以及许多新的发明与创造历史的经验和对电解过程的新认识以及许多新的发明与创造,使使今天有可能将过去认为阳极电流密度最多可以达到今天有可能将过去认为阳极电流密度最多可以达到0.8-09A/cm2，而现在可以在而现

41、在可以在1.0A/cm2条件下获得电流效率条件下获得电流效率96%和电耗小于和电耗小于13000kwh/t的成绩的成绩.这是一个重新认识的结果这是一个重新认识的结果.高电流密度的应验指出高电流密度的应验指出;阳极质量非常重要阳极质量非常重要,因为绝不能过多的积因为绝不能过多的积累炭渣和阳极不能长包累炭渣和阳极不能长包.基础研究的这样性表现在基础研究的这样性表现在:对在高电流密度条件下电解质的质量对在高电流密度条件下电解质的质量传质和降低极距的问题必须搞清楚传质和降低极距的问题必须搞清楚;还包括侧部槽帮的动力学和还包括侧部槽帮的动力学和氧化铝在电解质中的均匀分布问题氧化铝在电解质中的均匀分布问题

42、.要研究石墨质和石墨化炭块的化学要研究石墨质和石墨化炭块的化学/机械磨损问题机械磨损问题,因为高电流密因为高电流密度的阴极必须采用高阳极电流密度必然要采用高导电率的阴极材度的阴极必须采用高阳极电流密度必然要采用高导电率的阴极材料料.要重新考虑内衬设计以保证热平衡发生变化的调整要重新考虑内衬设计以保证热平衡发生变化的调整,同时也要研同时也要研究新的计算机控制技术究新的计算机控制技术.HAL HAL 4e (420KA) 4e (420KA) 槽电压槽电压 和电流密度和电流密度07月月/2008效率效率95%08月月/2008效效率率95%09月月/2008效率效率95%槽电压槽电压4.088V4

43、.121V4.098V直流电耗直流电耗12.83kwh/kg12.93kwh/kg12.86kwh/kg效应系数效应系数0.07次次/槽槽/天天0.027次次/槽槽/天天0.020次次/槽槽/天天2008年年5月在月在Ardal研究中心投产的研究中心投产的6台台HAL-4e 400KA槽，实际电流达到槽，实际电流达到420KA，阳极电流密度没，阳极电流密度没有公布，推算有公布，推算0.92Acm2。2010年新报导近期电流年新报导近期电流将升到将升到450KA，电流密度上升到，电流密度上升到0.98Acm2 。从图看出：从图看出：HAL300KA槽，稳定的极距在槽，稳定的极距在4.5cm左右，

44、但左右，但HAL400KA与与HAL-300同样的稳定性是同样的稳定性是3.5cm，从稳定性图示，从稳定性图示看：看：400KA槽比槽比KAL300KA槽躁声更小。从保持的槽电压可槽躁声更小。从保持的槽电压可以看出，很难解释以看出，很难解释海德鲁对铝中含海德鲁对铝中含Na的结果与迪拜相反的结果与迪拜相反海德鲁研究表明在氧化铝加入电解质时，由于加料海德鲁研究表明在氧化铝加入电解质时，由于加料点附近电解质温度的降低（见后面图），在铝点附近电解质温度的降低（见后面图），在铝/电电解质界面上浮着一些冰晶石解质界面上浮着一些冰晶石-氧化铝的共晶体的混氧化铝的共晶体的混合物。在此产生：合物。在此产生：Al

45、+3NaF+AlF3+3Na在磁场控制较好，铝液流速较低和过热度保持比较在磁场控制较好，铝液流速较低和过热度保持比较低的电解槽中，铝中含低的电解槽中，铝中含Na较高，电流效率也高；较高，电流效率也高；但是海德鲁也承认在纵向配置的电解槽上，由于磁但是海德鲁也承认在纵向配置的电解槽上，由于磁场的效果不如横向配置，因此，电解质搅动较大，场的效果不如横向配置，因此，电解质搅动较大，冰晶石冰晶石-氧化铝的共晶体的混合物迅速融化，氧化铝的共晶体的混合物迅速融化，Na的的沉积就减少了，所以也反映出电流效率较高。沉积就减少了，所以也反映出电流效率较高。由于阳极设定的技术问题和氧化铝浓度不均由于阳极设定的技术问

46、题和氧化铝浓度不均匀的问题匀的问题,每个阳极的极距是不均等的每个阳极的极距是不均等的.影响影响ACD(极距极距)不均匀的因素不均匀的因素海德鲁对这个问题进行了研究，除了没有公布阳极更换方法之外，海德鲁对这个问题进行了研究，除了没有公布阳极更换方法之外，对有些影响的因素介绍如下：对有些影响的因素介绍如下：众所周知，随着众所周知，随着ACD降低到某一个极限值时，电流效率酒会急剧降低到某一个极限值时，电流效率酒会急剧降低。降低。根据根据Rolseth等人的测量极距的结果显示：极限极距在等人的测量极距的结果显示：极限极距在2-3cm，作者认为这个极限值随着带槽阳极的引入和最佳磁场的设计，可作者认为这个

47、极限值随着带槽阳极的引入和最佳磁场的设计，可能还会低一些。因此，相信高电流密度的电解槽必然有一些阳极能还会低一些。因此，相信高电流密度的电解槽必然有一些阳极下面的下面的ACD低于极限值，事实告诉我们高电流密度的电解槽对调低于极限值，事实告诉我们高电流密度的电解槽对调整低极距是有利的。整低极距是有利的。下图告诉我们不均匀的下图告诉我们不均匀的ACD其电流效率很低。因此，设计上改进其电流效率很低。因此，设计上改进铝液水平的平整度和操作上改进氧化铝的均匀分布，减少氧化铝铝液水平的平整度和操作上改进氧化铝的均匀分布，减少氧化铝浓度的偏差以及过热度变化较小，电解质水平平稳。都对均化浓度的偏差以及过热度变

48、化较小，电解质水平平稳。都对均化ACD有利，有利，见图见图。为此，为此，Hydro开发了开发了”自适应流动分布氧化铝自适应流动分布氧化铝“加料策略。加料策略。见图见图。彼施涅 AP3X 和 AP50彼施涅彼施涅AP30技术技术20余年来的进步余年来的进步AP30从从1990年年300KA提高到提高到2008年的年的390KA。提高电流。提高电流和生产率的幅度高达和生产率的幅度高达30%。劳动生产率也提高。劳动生产率也提高37%。 Datum of AP 30 . From 11.2005 to 01,2006 (bhpbilliton 2006 March 29网上网上发表表)同一种槽型在不同

49、的国家和不同的同一种槽型在不同的国家和不同的铝厂就有极大的差厂就有极大的差别有的槽在有的槽在340KA条件下可以取得条件下可以取得 4.1V电压,但有的但有的320KA槽槽电压却却 4.22V.而且后者也没有因而且后者也没有因为阳极阳极电流密度低和极距比前者高而流密度低和极距比前者高而电流效率有所提高流效率有所提高?Hill-1Hill-2Hill-3Moz-1Moz-2ABCDEFGHIKA351.6349.9352.1349.3351.7338.3340.3344.2342.2319.3341.8352.9332.8335.0Kwh/t130581309613111134251339412

50、9541277013157133741328313287133761298012919CE95.7295.5195.4195.2194.4694.595.194.3194.2594.8394.9094.5296.296.2Kg / t27102691270526782675257526062614259724382612268625782596电压.4.1944.1874.1974.2894.2454.1074.0754.1634.2294.2264.2254.2424.194.17阳极阳极410415398423415408403-411409421406418408Fe (pmm)8948

51、287877606947839721023105813759631152864675Haupin 说：对于全球而言，同一种槽型，在不同地点和不同铝厂，甚至于在一说：对于全球而言，同一种槽型，在不同地点和不同铝厂，甚至于在一个铝厂的不同系列或工段获得不同效果的情况是司空见惯。个铝厂的不同系列或工段获得不同效果的情况是司空见惯。AP39电解槽的开解槽的开发 在法国圣在法国圣让铝厂厂G-系列的系列的强强化区共有化区共有8台台试验槽，其中槽，其中有有6台是台是AP39电解槽，并分解槽，并分为两个两个阶段每次启段每次启动3台台AP39见下表。到下表。到2009年年6月平均槽寿命已月平均槽寿命已经达到达到

52、16个月。个月。表表 AP39电解槽启解槽启动日期日期AP39槽槽编号号启启 动 日日 期期内内 衬 寿寿 命命(月月)12345630/05/200716/04/200719/10/200811/02/200718/03/200920/03/2009262892644槽电压槽电压AP39电解槽在启动和稳定生产以后，把槽电压逐步压低，在电解槽在启动和稳定生产以后，把槽电压逐步压低，在2009年年6月达到原订月达到原订4.18V的目标，见图。的目标，见图。有有4台电解槽进行了压低槽电台电解槽进行了压低槽电压的试验，已经压低了约压的试验，已经压低了约170mV，折合电力约，折合电力约540kwh/

53、t Al。电压。电压的目标是的目标是4.02V，见图。，见图。 阳极效应系数阳极效应系数：虽然遇到氧化铝质量的变化虽然遇到氧化铝质量的变化(见图中黑三见图中黑三角角),但有两台电解槽达到但有两台电解槽达到0.05次次/天天/槽的指标，而且小于槽的指标，而且小于一般的一般的AP30。稳定性：稳定性：稳定性的程度见图，整个这个统计是从稳定性的程度见图，整个这个统计是从2008年年11月开始的。从月开始的。从2009年年3月份开始平均的稳定性均在控制月份开始平均的稳定性均在控制的范围之内，当最后两台电解槽在的范围之内，当最后两台电解槽在2008年年12份启动的时份启动的时候，它们还执行一项新的电解质

54、温度和优化氧化铝加料的候，它们还执行一项新的电解质温度和优化氧化铝加料的程序。即使是在继续不断压低程序。即使是在继续不断压低ACD、多种氧化铝质量的变、多种氧化铝质量的变化和多次电流的波动的情况下，稳定性指标仍能保持在化和多次电流的波动的情况下，稳定性指标仍能保持在70nano-Ohms的水平。的水平。AP39在在387KA条件下的稳定性条件下的稳定性水平优于水平优于AP30在在325KA条件下运行的指标。条件下运行的指标。电流效率和直流电耗：电流效率和直流电耗： 从从2009年年1月，当采用了优化的下料参数月，当采用了优化的下料参数和改变了热平衡制度之后，和改变了热平衡制度之后，AP39的电

55、流效率一直稳定的保持在目的电流效率一直稳定的保持在目标值标值94.5%以上，而且优于以上，而且优于AP30。 直流电耗在目标值直流电耗在目标值13,400kwh/t 以下。从以下。从2009年一月份以后，年一月份以后，AP39的日生产量向着的日生产量向着3000kg/天天/槽的目标迈进，以实现槽的目标迈进，以实现AP3X能够能够达到日产达到日产3000kg的指标。的指标。对对AP39的测量的测量：只看两个最有代表性的性能就可以看出电解槽运：只看两个最有代表性的性能就可以看出电解槽运行是稳定的。首先看阴极棒电流分布的平衡状态，行是稳定的。首先看阴极棒电流分布的平衡状态，A侧与侧与B侧基本侧基本接

56、近，相差越接近，相差越2%（51%比比49%），见图左。），见图左。 测量的槽帮也是比较规整的，见图右。这当然与采用（测量的槽帮也是比较规整的，见图右。这当然与采用（FCN）强）强力冷却装置有关。力冷却装置有关。AP39开发的结论开发的结论 基于基于17个系列超过个系列超过4500台台AP30的经验，有效的设计和试验了一的经验，有效的设计和试验了一种新的种新的AP-39电解槽。电解槽。 这种新的这种新的AP-39电解槽具有升级的母线和阳极组件设计并具有新电解槽具有升级的母线和阳极组件设计并具有新的阴极设计概念，以及的阴极设计概念，以及FECRI上部结构和槽壳形式。这种新型的电上部结构和槽壳形式

57、。这种新型的电解槽有可能达到日产解槽有可能达到日产3000kg铝的水平，而且是在具有良好环境条件铝的水平，而且是在具有良好环境条件下进行生产的：低的能量消耗，低的阳极效应系数以及低的氟化物下进行生产的：低的能量消耗，低的阳极效应系数以及低的氟化物排放。排放。 这种新电解槽在法国圣让马利铝厂经过这种新电解槽在法国圣让马利铝厂经过3年在工业化条件下运行年在工业化条件下运行的试验，现在既可以用于的试验，现在既可以用于17个系列的改造也可以用于新建铝厂，而个系列的改造也可以用于新建铝厂，而且这种电解槽已经具备达到且这种电解槽已经具备达到400KA的电流。的电流。 积成了积成了AP技术的全部经验在新建铝

58、厂中应用，将会降低投资费技术的全部经验在新建铝厂中应用，将会降低投资费用和生产成本。用和生产成本。500KA或大电流电解槽阴极棒电流分布和流场，阴极棒电或大电流电解槽阴极棒电流分布和流场，阴极棒电流分布的均匀性已经成为电解槽磁场动态和流场变化的主流分布的均匀性已经成为电解槽磁场动态和流场变化的主要因素要因素(阴极炭块与阳极炭块数量均为阴极炭块与阳极炭块数量均为48块块,阴阳极上下对阴阳极上下对应应,所以阴极棒所以阴极棒96根根,即每侧即每侧48根。根。PECHNEY在开发在开发400-500KA大型槽时特别强调：大型槽时特别强调：（1）磁场（）磁场（2）MHD稳定性（稳定性（3）热场，主要使槽

59、壳温度）热场，主要使槽壳温度（4）阴极棒电流分布的均匀性（）阴极棒电流分布的均匀性（5）流场或熔体的流速（）流场或熔体的流速（6）AEDAP-3XAP-3XAP-3XAP50与与AP30比较比较AP50与与AP30比较比较AP50与与AP30比较比较AP50B的流速比的流速比AP50低低10%加拿大加拿大Jonquiere AP-50试验厂的建设试验厂的建设目前在建的试验厂规模为目前在建的试验厂规模为60,000吨吨/年年,采用采用AP-50B型型44台电解槽台电解槽2009年年TMS会议上公布了会议上公布了整流所土建工程建设照片整流所土建工程建设照片2008年年5月力拓月力拓-加铝对进加铝对

60、进一步扩大一步扩大AP-50电解工程编电解工程编制可行性研究，使试验工制可行性研究，使试验工厂规模达到厂规模达到140,000吨吨/年年计划投资计划投资20-25亿美圆，建亿美圆，建设一个年产设一个年产40万吨的大型万吨的大型AP-50工业化项目。工业化项目。AP50B的试验指标的试验指标电流强度电流强度KA530电流效率电流效率%95.5直流电耗直流电耗Kwh/t Al13600阳极效应系数阳极效应系数AE/cell/day0.03不稳定性水平不稳定性水平n欧姆欧姆20 几个典型高几个典型高电流密度槽型的运行指流密度槽型的运行指标单位ALMADuokerqSAZ迪拜SLOVAL迪拜BOYNE

61、Portland槽型电流强度阳极数阳极尺寸电流密度电流效率平均电压直流电耗效应系数电解温度AlF过剩阴极材料阴极压降ACD-KA组,个cmA/cm2%VKwh/t次%-MvcmAP37367.320(40)155660.8895.94.2813490-96011.8石墨化-4AP36360.1同前153650.8594.84.2413320-96412.2石墨化-4RA30031032-0.8893.54.35137920.05-D20250-260-0.99954.505140200.03962.111.8石墨化2543.8HAL23025830151710.8944.13132000.05

62、-石墨化280-290-DX3653615867.0.9495.-964.1512920-11石墨化-B32271-2750.8996.54.2313080-石墨化-A-817322944.37513860-12石墨化-资料来源M.L2008同前同前ML2005ML2008ML2010ML2006AMEM.L=Light Metals结论：西方铝电解技术快速发展结论：西方铝电解技术快速发展挑战挑战 西方三个竞争者西方三个竞争者:超大型、低极距、高电流强度和低电耗超大型、低极距、高电流强度和低电耗力托力托-加铝加铝-Pechiney：300KA400KA500KA。 阳极阳极电流密度：流密度：0

63、.98A/cm2，槽，槽电压趋势：4.02V， 电流效率流效率95-96%，直流，直流电耗：耗：1300012800kwh海德海德鲁（Hydro）300KA420KA，阳极，阳极电流密度：流密度： 0.99A/cm2，槽，槽电压：4.08V，电流效率流效率94-95%， 直流直流电耗：耗： 1300012800kwh迪拜（迪拜（Dubai）：）：DX型：型：350370KA。阳极。阳极电流密度：流密度： 0.99A/cm2，电流效率流效率95-96%，槽，槽电压：4.15V，直流，直流电耗：耗： 13000kwh。 这三个公司的技三个公司的技术在中在中东推广，其特点：与我国的推广，其特点：与我

64、国的电解槽解槽相比，其相比，其单位面位面积的的产能比我能比我们高高20-30%，所以我国出口，所以我国出口技技术面面临着着电解槽造价比人家高解槽造价比人家高20-30%的局面。的局面。我国铝电解槽的节能我国铝电解槽的节能我国铝电解槽的节能效果是国际领先的，直流电耗达到我国铝电解槽的节能效果是国际领先的，直流电耗达到12500kwh/t的目标可以实现，向的目标可以实现，向12000kwh/t靠近还需要靠近还需要努力。努力。目前国内进行的各种阴极结构的电解槽表明对降低目前国内进行的各种阴极结构的电解槽表明对降低ACD或或电压均是有效的，但是，那一种形式对槽寿命有利和节能电压均是有效的，但是，那一种

65、形式对槽寿命有利和节能效果最显著，应用时间较短，目前似乎还没有结论。效果最显著，应用时间较短，目前似乎还没有结论。不同电流和结构的电解槽，其最佳的电解槽热平衡和工艺不同电流和结构的电解槽，其最佳的电解槽热平衡和工艺条件尚需要下功夫进行科学测定与评价。条件尚需要下功夫进行科学测定与评价。我的疑问？我国我的疑问？我国0.73A/cm2的电流密度的电流密度,电解槽的电解槽的 ”到位电压到位电压”是多少是多少?3.95V，3.90V ，3.85V？是什么原因？是什么原因影响影响ACD或槽电压不能下降，磁场设计不好？工艺条件没或槽电压不能下降，磁场设计不好？工艺条件没有摆好？有摆好？0.73-0.78A

66、/cm2的电流密度，槽电压的电流密度，槽电压4.15-4.20V与与0.95 A/cm2的电流密度的电流密度4.15V比较怎么也比较怎么也 解释不通？解释不通？异型阴极国外专利异型阴极国外专利郑州龙祥的郑州龙祥的160KA强化到强化到180KA槽电压槽电压3.83V 134台普通槽（没有采用异型阴极）从台普通槽（没有采用异型阴极）从 2009年年7月月开始试验，赶紧经开始试验，赶紧经9个月试验效果：个月试验效果：由原来的由原来的4.15V降低到降低到3.83-3.88V(两种母线配置两种母线配置)电流从原来的电流从原来的160KA上升到上升到180KA，产能提高，产能提高12.5%效应系数：效

67、应系数：0.02次次/槽槽/天天电流效率电流效率:从原来的从原来的92.5%提高到提高到93.5%直流电耗直流电耗:由原来的由原来的13600降低到降低到12400kwh/t氧化铝浓度控制在氧化铝浓度控制在1.8-2.5%,过热度控制在过热度控制在8-12基本条件基本条件原设计为原设计为134台台154KA槽，槽，22个阳极，阳极尺寸：个阳极，阳极尺寸：1450660，阳极电流密度为，阳极电流密度为0.73A/cm2有有54台槽立母线由两端进电，另台槽立母线由两端进电，另76台为大面台为大面4点进电点进电实测垂直磁场平均值：实测垂直磁场平均值：-34.02Gs33.3Gs电流强化到电流强化到1

68、80KA时，阳极改为时，阳极改为1550660，阳极电流密，阳极电流密度为度为0.826A/cm2电流升高后母线压降增加电流升高后母线压降增加50-60mV，阴极压降平均，阴极压降平均376mV，两者合计增加约，两者合计增加约120-140mv，而试验达到的电压，而试验达到的电压3.83-3.88V均含有此不利因素均含有此不利因素实测槽电压实测槽电压:3.843V电解质分子比为电解质分子比为2.5(原来原来2.34)，LiF含量含量2.38-2.68%，电电解质温度解质温度928，铝液温度，铝液温度910 ，电解质水平，电解质水平19-21cm（原来（原来22.6），），铝液高度铝液高度24-

69、26cm（原来（原来17.7)龙祥电解槽控制的手段仍然通常个主要参数龙祥电解槽控制的手段仍然通常个主要参数能量的准平衡能量的准平衡质量或物料的准平衡质量或物料的准平衡噪声的准平衡噪声的准平衡这里用这里用“准平衡准平衡”的意思是说明它们的变化是在一个非常的意思是说明它们的变化是在一个非常“窄窄”的范围内变化的的范围内变化的只有这三者能建立在只有这三者能建立在“准平衡准平衡”的基础上，过热度才能基的基础上，过热度才能基本稳定，槽帮的厚度也就能够准稳定本稳定，槽帮的厚度也就能够准稳定保持稳定的条件：电压、分子比和噪声，保持稳定的条件：电压、分子比和噪声，日本三菱坂出铝厂日本三菱坂出铝厂电解质成分：L

70、iF-1.5%,过剩AlF3-6%;半石墨化阴极炭块和圆型阴极棒; 阳极使用为沥青焦；电流：132KA；电流效率91.3%；槽电压：3.74V； DC:12.2kwh/kg。132KA原槽壳不变，采用沥青焦为基础的半石墨化阴极和圆形大阴极棒，炉底压降预计降低0.2V,实际降低到0.21V. 设计新型槽新型槽原有改进原有改进电流（流（KAKA）150150150150132132阳极阳极电流密度流密度0.80A/cm20.80A/cm20.800.800.700.70槽槽电压（V V）3.85-3.903.85-3.903.903.903.743.74电流效率（流效率（% %）91-9391-9

71、3929291.391.3DC*DC*kwhkwh/kg/kg）12.3-12.812.3-12.812.612.612.212.2降低成本与低极距、低电压、高电流密度和高电流效率问题的讨论几个典型几个典型铝厂平均厂平均现金生金生产成本成本(USD / 吨吨)加拿大加拿大AP30澳大利澳大利亚A-817澳大利澳大利亚AP18迪拜迪拜D20挪威挪威HAL-250美国美国Tennesse-225氧化氧化铝电 力力阳阳 极极劳动力力其其 他他634(45.9%)336(24.3%)159(11.5%)127( 9.3%)125( 9.0%)478(38.7%)379(30.7%)159(12.8%)

72、101( 8.2%)119( 9.6%)483(39.2%)356(28.9%)161(13.1%)118( 9.6%)114( 9.2%)586(52.5%)217(19.8%)156(14.3%)64( 5.8%)94( 8.6%)592(44.6%)373(28.2%)157(11.8%)97( 7.3%)107( 8.1%)552(38.1%)460(31.8%)169(11.7%)148(10.2%)119( 8.2%)138112361232109713261448西方国家跨国公司对于新建铝厂的最重要的条件之一就是电价要便西方国家跨国公司对于新建铝厂的最重要的条件之一就是电价要便宜

73、，除此之外降低现金成本的重点就放在劳动力和车间管理费方面。宜，除此之外降低现金成本的重点就放在劳动力和车间管理费方面。另一个最重要的途径就是降低还贷成本（看彼施涅自白）另一个最重要的途径就是降低还贷成本（看彼施涅自白）中国电解铝成本的竞争力问题中国电解铝成本的竞争力问题2009年某厂上半年原铝成本年某厂上半年原铝成本金额金额(元元/吨吨)比例比例%氧化铝氧化铝3738.9634.11氟化盐氟化盐98.550.90阳极阳极1070.039.76电力电力4747.4043.31工资及附加工资及附加206.891.89制造费用制造费用482.304.40企业管理费用企业管理费用617.025.63合

74、计合计10961.16100%而我国突出的而我国突出的问题当然是当然是电费，因，因为经过最近几年市最近几年市场发展的情况来看，原展的情况来看，原材料的价格基本上随材料的价格基本上随铝价的价的变化而化而变化，从化，从长期看期看铝价与成本之价与成本之间差差额不会不会太大，因此降低其他太大，因此降低其他费用用对降低降低铝锭成本方面也成本方面也应于考于考虑。讨论讨论-11.上面三个大型电解槽的事例说明上面三个大型电解槽的事例说明: 大幅度的提高电流密度对于降低成本是最为有效的大幅度的提高电流密度对于降低成本是最为有效的 当然提高电流效率也将降低成本或获得利润当然提高电流效率也将降低成本或获得利润西方国

75、家看重这两点，用前表田纳西铝厂数据为例，其现金西方国家看重这两点，用前表田纳西铝厂数据为例，其现金成本为成本为1448美圆美圆/吨。假设某厂年产原铝吨。假设某厂年产原铝20万吨，原有阳极万吨，原有阳极电流密度电流密度0.73A/cm2，现提高，现提高30%达达0.95A/cm2，此时，原，此时，原料费用不变（设电耗不变，前料费用不变（设电耗不变，前3例都是强化后降低了电耗），例都是强化后降低了电耗），工厂产量增加到工厂产量增加到26万吨，每吨铝成本中的劳动力和其他费用分万吨，每吨铝成本中的劳动力和其他费用分别由原来的别由原来的148和和119美元降低到美元降低到114和和92美元，现金成本由美

76、元，现金成本由原来的原来的1448美元降低到美元降低到1386美元，年增加利润美元，年增加利润1600万美元。万美元。 同理，提高电流效率也将同样相应降低这两种成本。同理，提高电流效率也将同样相应降低这两种成本。 计算例还没有包括建设费用的还贷。西方国家则更重视此点计算例还没有包括建设费用的还贷。西方国家则更重视此点讨论讨论-22。 上面三个大型电解槽的事例说明上面三个大型电解槽的事例说明: 大幅度的提高电流密度必须与降低极距大幅度的提高电流密度必须与降低极距ACD相结合，相结合，1cmACD相当于相当于300-350mV 大幅度的提高电流密度必须改造阳极和阴极质量与结构大幅度的提高电流密度必

77、须改造阳极和阴极质量与结构 大幅度的提高电流密度必须有最佳的母线电流密度和配置大幅度的提高电流密度必须有最佳的母线电流密度和配置 大幅度的提高电流密度必须有大幅度的提高电流密度必须有“窄窗口窄窗口”的控制技术的控制技术 除彼施涅使用槽壳强制冷却手段外，其他两个公司均没除彼施涅使用槽壳强制冷却手段外，其他两个公司均没有提到采用这种装置，只是在槽壳上增加了散热板，说明有提到采用这种装置，只是在槽壳上增加了散热板，说明1cm或更多一些的或更多一些的ACD加上其他上述集中措施，就可以为提高加上其他上述集中措施，就可以为提高电流提供足够的空间。电流提供足够的空间。讨论讨论-33。 我国新型阴极槽和龙祥普

78、通槽降低极距或电压的事实说明我国新型阴极槽和龙祥普通槽降低极距或电压的事实说明: 小电流的电解槽其单位容量的散热面积小电流的电解槽其单位容量的散热面积大大电流的，也就是小槽流的，也就是小槽单位面位面积的散的散热量量 大大电流槽流槽 单位面积散热量越小的电解槽，过热度单位面积散热量越小的电解槽，过热度 t变化对槽帮厚度的影响越小变化对槽帮厚度的影响越小 采取保温或强制冷却对单位面积散热量（采取保温或强制冷却对单位面积散热量（q）的影响）的影响 过热度过热度 t变化对变化对q的影响，因此，必须认识到在给定的槽上侧壁的散热是依赖槽帮厚度的的影响，因此，必须认识到在给定的槽上侧壁的散热是依赖槽帮厚度的

79、（h），而），而h又取决过热度又取决过热度 t的的 降低降低ACD实际就是降低内热，电解槽保温，除减少烟气或结壳跑掉的热实际就是降低内热，电解槽保温，除减少烟气或结壳跑掉的热量外，只有加强侧部保温，此时槽帮厚度增加，过热度减小，还带来氧化铝量外，只有加强侧部保温，此时槽帮厚度增加，过热度减小，还带来氧化铝的溶解度降低，电解质萎缩，炭渣分离困难，沉淀增加，电流效率降低等问的溶解度降低，电解质萎缩，炭渣分离困难，沉淀增加，电流效率降低等问题，而且这些措施最多只能补偿题，而且这些措施最多只能补偿1cmACD的的1/3或或1/2。 单纯依赖降低单纯依赖降低ACD，必然表现着内热不足，单纯依靠强制保温是

80、不可能补，必然表现着内热不足，单纯依靠强制保温是不可能补偿内热不足的，只能依靠提高电流密度才能提高过热度。偿内热不足的，只能依靠提高电流密度才能提高过热度。 电解槽强化电流和现代化的经验电解槽强化电流和现代化的经验电解槽热平衡方程式电解槽热平衡方程式 QI（V1.6490.48R体外体外），）， (1) 式中：式中：Q 为热损失，为热损失，I为电流为电流，V为槽电压为槽电压，为电流效率为电流效率，Rext为体系外电阻。将（为体系外电阻。将（1）式除以）式除以I，则（，则（1）式可写为）式可写为 q热损热损= V1.6490.48V体外体外 (2)(2) 式中式中a热损热损失系数，热损热损失系数

81、，V体外体外=母线电压降母线电压降 这个公式说明在给定的电流效率和这个公式说明在给定的电流效率和V体外体外之外，电解槽的单之外，电解槽的单位安培的位安培的q热损热损只与槽电压成正比，但是只与槽电压成正比，但是q热损热损与前面提到的电与前面提到的电单位散热面的积散热量是两回事。单位散热面的积散热量是两回事。 电解槽强化电流或提高电流密度，如果引起电解槽的欧姆电解槽强化电流或提高电流密度，如果引起电解槽的欧姆电压相应上升，而侧部结壳又必须要有一定的厚度，彼施涅电压相应上升，而侧部结壳又必须要有一定的厚度，彼施涅的做法是采用侧壁强制冷却（通风）；海德鲁和迪拜发是在的做法是采用侧壁强制冷却（通风）；海

82、德鲁和迪拜发是在强化电流的同时降低极距（强化电流的同时降低极距（ACD）这是合算的。但降低）这是合算的。但降低ACD的极限是噪声不能增加或电流效率不能有显著的降低（海德的极限是噪声不能增加或电流效率不能有显著的降低（海德鲁一般效率鲁一般效率94%），），现在在彼施涅也发现他们过去没有认识彼施涅也发现他们过去没有认识到到ACD的作用。的作用。讨论讨论-44。 操作路线探讨操作路线探讨 前面三个高电流密度电解槽均表明在某一低极限极距条件下电流效率没有前面三个高电流密度电解槽均表明在某一低极限极距条件下电流效率没有降低，主要的解释就是在最佳磁场补偿和最佳控制技术的条件下，降低，主要的解释就是在最佳磁

83、场补偿和最佳控制技术的条件下，ACD可以可以降低某一个极限值；还有一种解释就是由于阴极电流密度的大幅度提高，阴降低某一个极限值；还有一种解释就是由于阴极电流密度的大幅度提高，阴极的产铝量增加了，而铝的损失仍然是原有的（常数），所以，即或是由于极的产铝量增加了，而铝的损失仍然是原有的（常数），所以，即或是由于ACD影响了电流效率，也被阴极增加的铝产量所补偿影响了电流效率，也被阴极增加的铝产量所补偿 假设原有的阳极电流密度为假设原有的阳极电流密度为0.73A/cm2，槽电压为，槽电压为4.05V，现在降低，现在降低1cm ACD（300mV），此时，相当于降低到），此时，相当于降低到3.75V，原

84、有体内欧姆电压，原有体内欧姆电压=4.05-2.0(电解铝需电解铝需)-0.2(母线压降母线压降)=1.85V，即，即q热孙热孙=1.85V，理论上可以利，理论上可以利用降低的用降低的300mV提高电流提高电流0.3/1.85100%=16.2%，即从，即从0.73A/cm2提高提高到到0.85A/cm2，如果原有电解槽再将阳极和阴极结构改进和降低母线电流密，如果原有电解槽再将阳极和阴极结构改进和降低母线电流密度等措施，提高电流度等措施，提高电流25-30%是完全可能的，但我不主张，因为节电是主要是完全可能的，但我不主张，因为节电是主要的，提高电流是为了补偿内热的的，提高电流是为了补偿内热的

85、不足，同时又降低了成本，一举两得，建议不足，同时又降低了成本，一举两得，建议提高的幅度在提高的幅度在10%左右，视具体条件而定。左右，视具体条件而定。 取决于电压高低的主要组成部分取决于电压高低的主要组成部分最主要的是极距最主要的是极距ACD电流密度电流密度电解质成分电解质成分:主要分子比或主要分子比或AlF3%过剩量过剩量磁场分布与磁场分布与Bz阴阳极材质与结构阴阳极材质与结构母线电流密度母线电流密度权威学者权威学者Haupin这三张电压平衡和能量平衡图概念非常清楚可惜他也没这三张电压平衡和能量平衡图概念非常清楚可惜他也没有说明有说明ACD、电流密度和电解质成分是多少？因此也无法判断、电流密

86、度和电解质成分是多少？因此也无法判断“到位电到位电压压这张图是前面图的中文解释，计算能量平衡要用右侧的概念这张图是前面图的中文解释，计算能量平衡要用右侧的概念Haupin-1Haupin-22008年年（估（估计是是A-817）体外体外电压 V 0.150.150.16阴极阴极 V0.350.350.300阳极阳极 V0.350.350.235气泡气泡诱发电压 V0.250.250.259电解解质电压降降 V 1.3441.3441.640Bemf V 其中：阴极其中：阴极浓差差 V 阳极阳极浓差差 V 阳极阳极过电压 V 可逆可逆电压 V 1.756(0.032)(0.036)(0.466)

87、(1.222)1.756(0.032)(0.036)(0.466)(1.222)1.779(0.037)(0.024)(0.510)(1.208)槽槽电压 V4.204.24.373生生产铝需要的需要的电耗和耗和电压6.324kwh/kg,V=2.037V6.422kwh/kg,V=1.939V6.365kwh/kg,V=1.986V热损失失6.250kwh/kg,V=2.013V6.991kwh/kg,V=2.111V7.137 kwh/kg,V=2.227V外部外部电压0.466kwh/kg,V=0.15V0.497kwh/kg,V=0.15V0.513 kwh/kg,V=0.16V电流效

88、率流效率%,电耗耗 kwh/t Al96%,1304090%,1391093%,14015意见或结论意见或结论国内外的实践表明国内外的实践表明ACD可以降低到可以降低到3.5cm，均匀每个阳极到铝液表面，均匀每个阳极到铝液表面的的ACD，还有降低的可能，还有降低的可能国外三个厂都表明在大幅度提高电流密度的情况下没有降低电流效率，国外三个厂都表明在大幅度提高电流密度的情况下没有降低电流效率，国内也证明只要技术条件合适，还可能提高电流效率国内也证明只要技术条件合适，还可能提高电流效率无论是异型阴极还是普通阴极，降低无论是异型阴极还是普通阴极，降低200-300mV是可能的，利用降低是可能的，利用降

89、低内热电压的部分电压用于增加电流不仅仅是为了提高产量，更重要的内热电压的部分电压用于增加电流不仅仅是为了提高产量，更重要的是为了弥补内热的是为了弥补内热的 不足，稳定了电解槽的不足，稳定了电解槽的 热平衡热平衡在我国目前普遍阳极电流密度为在我国目前普遍阳极电流密度为0.73A/cm2的情况下，提高的情况下，提高8-12%的电的电流是可行的，不用采用特别的保温措施，小槽子提得高一些，大槽子流是可行的，不用采用特别的保温措施，小槽子提得高一些，大槽子提得少一些提得少一些提高电流之后，母线的电流密度增加、阴阳极压降增加，因此有必要提高电流之后，母线的电流密度增加、阴阳极压降增加，因此有必要进行改造，

90、这样有可能又降低了进行改造，这样有可能又降低了50-70mV,使得槽电压又进一步降低使得槽电压又进一步降低我国原有的我国原有的160KA电解槽，虽然加长了阳极，电流提高了电解槽，虽然加长了阳极，电流提高了10%，但是，但是阳极电流密度仍然在阳极电流密度仍然在0.73A/cm2左右，有必要进行全面更新与改造，使左右，有必要进行全面更新与改造，使之达到之达到200KA的水平，电耗在的水平，电耗在12500kwh或以下，以提高竞争力或以下，以提高竞争力实事求是的评价降低实事求是的评价降低ACD后的实际效果，对我们正确的评价各种形式后的实际效果，对我们正确的评价各种形式的阴极结构，以便得出正确的节电数

91、据是非常重要的，节电的阴极结构，以便得出正确的节电数据是非常重要的，节电1000-1200kwh/t的数据是与以前数据进行比较的，我认为在目前我国的具体的数据是与以前数据进行比较的，我认为在目前我国的具体条件下，降低电耗应该与条件下，降低电耗应该与“到位电耗到位电耗13000-13200kwh进行比较，这样进行比较，这样我们才是世界水平。我们才是世界水平。12500kwh/t的条件的条件90%91%92%93%94%3.75V12419122831214912018118913.80V12585124461231112179120993.85V12750126101247312339122083.90V1291612774126351249912366